KR20150062305A - Medical laser irradiation unit with skin cooling system - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a high power medical laser irradiation unit. According to the present invention, in order to reduce side effects and pains of a patient caused by heat generated from high power medical laser energy on the surgical area, treated area, or other area of a patient, the laser irradiation unit comprises: a laser beam area adjusting device for controlling an area of high power laser beam having passed through a laser beam area adjusting device to be a proper size for an operation; and a skin contactor for cooling skin, which is configured to inhale external air and spray rapidly-cooled air.

Description

피부 냉각 시스템을 구비한 의료용 레이저 조사 유닛{MEDICAL LASER IRRADIATION UNIT WITH SKIN COOLING SYSTEM}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a medical laser irradiation unit having a skin cooling system,

의료용으로 사용되는 고출력 레이저는 광열적 상호작용(photothermal interaction), 광화학적 상호작용 (photochemical interaction), 광역학적 상호작용(photodynamic interaction), 광전기적 상호작용 (photoelectrical interaction) 등을 이용하여 수술 및 치료의 형태로 사용되며 일반적으로 1J 이상을 고출력 레이저라고 본다. 수술 및 치료에 사용되는 고출력 레이저에 있어서 피부 침투 깊이는 레이저 파장에 의해 결정되며 레이저 출력 에너지와 레이저 파장을 선택적으로 결정하여 수술 및 치료에 사용된다.The high-power lasers used in medical applications use photothermal interactions, photochemical interactions, photodynamic interactions, photoelectrical interactions, In general, more than 1J is regarded as high power laser. In high power lasers used for surgery and treatment, the penetration depth of the skin is determined by the laser wavelength and is used for surgery and treatment by selectively determining the laser output energy and laser wavelength.

상기와 같이 고출력 에너지와 레이저 파장의 선택으로 결정된 레이저는 수술 및 치료시 고출력 레이저 에너지에 의해서 주사 지점에 열로 인한 화상을 입게 된다. 또한 주사 영역 주변에도 열로 인한 화상을 입게 되는데 이는 수술 및 치료 부위 주변에 부작용으로 작용하거나, 환자에게 화상으로 인한 고통을 줄 수가 있다. 상기와 같은 열로 인한 문제를 방지하기 위해서 레이저가 주사되는 부위 및 주변을 냉각시켜 주는 기술에 관한 것이다.
As described above, the laser determined by the selection of the high output energy and the laser wavelength is subjected to heat due to heat at the injection point due to high output laser energy during surgery and treatment. In addition, the area around the scan area is burned due to heat, which can be a side effect around the operation and treatment area, or can cause pain to the patient. The present invention relates to a technique for cooling a region and a periphery where a laser is scanned to prevent a problem caused by the above-described heat.

레이저 출력 에너지가 10J/cm2이상이면 피부 온도는 50도로 상승하고 고열이 발생하고, 200J/cm2이상이면 피부 온도는 60도로 상승하고 혈액응고가 시작되고, 500J/cm2이상이면 피부 온도는 70~80도로 상승하고 응착이 시작되고, 1000J/cm2이상이면 피부 온도는 90~100도로 상승하고 기화되기 시작한다. Laser output energy is 10J / cm 2 or more when the skin temperature of the skin temperature is raised to 50 degrees, and high heat is generated and, 200J / cm 2 or more is raised to 60 degrees and the coagulation begins, is 500J / cm 2 or more skin temperature 70 to 80 degrees and adhesion starts, and when it is 1000 J / cm 2 or more, the skin temperature rises to 90 to 100 degrees and begins to vaporize.

저출력 레이저 조사 유닛은 출력 에너지가 수 mJ 내지 수 십 mJ이기 때문에 레이저광을 조사하는 부위의 면적을 조절하는 기능과 정확하게 환부를 지적하는 장치만 필요하다. 고출력 레이저는 레이저의 출력 에너지가 높기 때문에 주사 되는 부위 및 주사 되는 주변의 특성도 고려되어야 한다. 동시에 환자의 상태에 따라서 수술환경은 다양하므로 필요한 수술에 맞게 환부에 따라서 수술용 고출력 레이저 에너지 면적을 조절하는 경우가 있다. 상기와 같이 고출력 레이저 에너지 면적이 변경 되면 피부에 작용하는 열 에너지도 변하게 된다. 따라서 레이저 에너지 면적의 변화에 따른 피부를 냉각 시키는 냉각 온도도 조절되어야 한다.Since the output energy of the low power laser irradiation unit is in the range of several mJ to several tens mJ, only the function of adjusting the area of the laser light irradiation area and the device accurately pointing to the affected part are required. Since high output laser has high output energy of the laser, the area to be scanned and the characteristics of the surroundings to be scanned should also be considered. At the same time, depending on the patient's condition, the operating environment varies, so the high-power laser energy area for surgery may be adjusted according to the need for surgery. As described above, when the high power laser energy area is changed, the thermal energy acting on the skin also changes. Therefore, the cooling temperature that cools the skin as the laser energy area changes is also controlled.

레이저 조사 유닛은 의사가 손으로 잡고 수술하기에 알맞은 크기로 설계되어야 하므로 소형화로 설계되어야 한다. 레이저 조사 유닛의 소형화로 인하여 레이저 조사 유닛 내의 주어진 좁은 공간 안에서 발생하는 고출력 레이저 열처리는 매우 정밀하고 중요한 냉각 기술이다. 마찬가지로 화상을 방지하기 위하여 환자의 수술 부위도 냉각시켜 주어야 하기 때문에 냉각장치가 필수적이다.
The laser irradiation unit must be designed to be compact, since it must be designed to be of a size suitable for the physician to hold and operate. Due to the miniaturization of the laser irradiation unit, the high power laser heat treatment occurring in a given narrow space in the laser irradiation unit is a very precise and important cooling technique. Likewise, a cooling device is necessary because the patient's surgical site must be cooled to prevent burns.

고출력 레이저가 광섬유를 통해서 레이저 조사 유닛에 전달되면 레이저 조사 유닛에서는 광섬유를 통해서 전달되는 동안 약 23도 각도로 확산된 레이저광을 치료에 필요한 레이저빔 직경으로 만들기 위해서 레이저 면적 조절장치를 통과하게 된다. 면적 조절장치를 통과한 고출력의 레이저는 레이저 조사 유닛의 온도를 높이게 된다. 또한 레이저 조사 유닛을 지나 피부에 주사된 고출력의 레이저는 피부에 열을 가하게 된다. When the high power laser is transmitted to the laser irradiation unit through the optical fiber, the laser irradiation unit passes through the laser area adjusting device to make the laser beam diffused at an angle of about 23 degrees to the laser beam diameter required for the treatment while being transmitted through the optical fiber. The high-power laser that has passed through the area controlling device increases the temperature of the laser irradiation unit. In addition, a high power laser irradiated to the skin through the laser irradiation unit causes heat to be applied to the skin.

상기와 같이 고출력의 레이저에 의해서 발생한 열을 냉각시켜 줌으로써 환자의 피부에 발생할 수 있는 부작용 및 화상으로 인한 환자의 고통을 경감시킬 수 있는 냉각 장치를 구비한 레이저 조사 유닛을 제공한다.
Provided is a laser irradiation unit having a cooling device capable of cooling a heat generated by a high-power laser as described above, thereby alleviating the side effects that may occur on the patient's skin and the pain caused by the burn.

시술시 환자의 피부에 발생 할 수 있는 부작용 및 화상의 우려를 불식시키기 위하여 Cooling 된 공기를 시술부위에 강한 압력으로 분사한다. 경우에 따라서는 시술부위의 온도를 더 낮추기 위하여 Cooling된 공기를 강한 압력으로 분사하는 중간에 간헐적/주기적으로 냉각용 가스를 병행하여 분사한다.
Spray cooled air with strong pressure on the treatment site to relieve the side effects and burns that may occur on the patient's skin during the procedure. In some cases, in order to lower the temperature of the treatment site, the cooling gas is sprayed in parallel with the intermittent / periodic cooling gas in the middle of spraying the cooled air with strong pressure.

의료용 고출력 레이저에 의해서 발생할 수 있는 환부 주변의 화상에 의한 부작용 및 고출력 레이저에 의한 고열로부터 환자의 고통을 경감시킬 수 있는 효과가 있다.
There is an effect that it is possible to alleviate the patient's suffering from side effects caused by burns around the affected area and high fever caused by the high power laser, which may be caused by the high power laser for medical use.

도 1은 종래방식의 레이저 조사 유닛 모듈을 나타내는 도면
도 2는 도1의 냉각 장치부 및 피부 접촉부를 상세히 나타내는 도면
도 3은 본 발명에 의한 레이저 조사 유닛 모듈의 다양한 실시예를 나타낸 도면
도 4는 본 발명에 의한 피부접촉자의 직각방향으로 본 단면도1 is a view showing a conventional laser irradiation unit module
2 is a detailed view of the cooling device part and skin contact part of Fig. 1
3 is a view showing various embodiments of the laser irradiation unit module according to the present invention.
Fig. 4 is a cross-sectional view of the skin contactor according to the present invention,

도 1은 본 발명의 레이저 조사 유닛 모듈을 나타내는 도면으로서, 고출력 레이저 발진장치에서 발진한 레이저는 광섬유(101)를 통하여 레이저 조사 유닛 모듈(100) 안의 고출력 레이저광 사이즈(면적) 조절 장치(103)에 전달된다. 레이저광 면적 제어 장치(102)에 의해 레이저광 사이즈(면적)이 레이저광 사이즈(면적) 조절 장치(103)에서 치료에 맞는 레이저광 사이즈(면적)으로 만들어 진다. 레이저광 사이즈(면적) 조절 장치(103)에서 만들어진 레이저광은 피부 접촉자(105)를 거쳐 환자에 주사되게 된다. 피부 접촉자(105)를 냉각시키기 위해서 Cooling System을 구비하는 형태를 갖는다.FIG. 1 shows a laser irradiation unit module according to the present invention. A laser emitted from a high-power laser oscillator is passed through an optical fiber 101 to a high power laser light size (area) adjusting device 103 in the laser irradiation unit module 100, . The laser light size control device 102 makes the laser light size (area) to be the laser light size (area) suitable for the treatment in the laser light size (area) adjusting device 103. The laser light produced by the laser light size (area) adjusting device 103 is injected into the patient through the skin contactor 105. And has a cooling system for cooling the skin contactor 105. FIG.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 도 1에서 피부 접촉자 부위를 세부적으로 나타내는 도면으로서, 레이저광 면적 조절 장치(103)를 통과한 레이저광은 레이저광 안정장치 보조렌즈를 통과한 후에 피부 접촉 윈도우(201)에 전달되어 환자의 환부에 조사 된다. 피부 접촉 윈도우(201)를 냉각시키기 위해서 피부접촉 윈도우 지지대(202)는 열전달이 잘되는 소재를 적용하며 이 윈도우 지지대에는 열전소자(펠티어:203)와 워터 자켓(204)이 구비되어 있다. 피부 접촉 윈도우(201)는 고출력 레이저 출력에 견딜 수 있고, 온도 전달 특성이 좋은 모스 강도 9인 사파이어가 흔히 사용된다.  FIG. 2 is a detailed view of a skin contact portion in FIG. 1 according to an embodiment of the present invention. The laser light passing through the laser light area adjusting device 103 passes through a laser light stabilizer auxiliary lens, (201) and irradiated to the affected part of the patient. In order to cool the skin-contact window 201, the skin-contact window support 202 applies a heat-transferable material, and the window support is provided with a thermoelectric element (Peltier) 203 and a water jacket 204. The skin contact window 201 can withstand high output laser power, and sapphire having a Mohs strength 9 with good temperature transfer characteristics is often used.

도 3은 본 발명에 의한 실시예 들을 도시한 것으로 레이저 조사 유닛 모듈의 외주면에 팬(Fan : 303)이 구비되어 팬으로 유입된 공기는 송풍통로(302)를 경유하여 피부접촉자(301)의 공기 출구(410)으로 빠져 나오게 된다. 이 출구(410)로 빠져 나오는 공기는 베르누이의 정리를 인용하면 좁은 부분으로 나오게 되므로 아주 빠른 속도가 된다.FIG. 3 illustrates embodiments of the present invention. A fan 303 is provided on the outer circumferential surface of the laser irradiation unit module so that the air introduced into the fan flows through the air passage 301 of the skin contactor 301 And exits to the outlet 410. The air exiting at this outlet 410 is very fast because it comes out in a narrow part when citing Bernoulli's theorem.

이를 좀 더 상세히 설명하면 도 4에서와 같은 U자형 단면을 갖는 피부 접촉자는 외측 케이스의 내주면(402) 과 내측 케이스의 외주면(403)이 중첩되는 부분(411,412)은 개구부(440)측이 공기의 흐름을 코안다면(420) 위로 향하는 구조로 구성된다. 팬(Fan:303)에 의해 흡입된 공기는 송풍통로(302)를 경유하여 피부 접촉자(301)의 공기가 빠져나오는 0.3mm~3mm정도의 좁은 출구(410)로 빠져 나오면서 속도가 빨라지게 되고 속도가 빨라진 공기가 비행기 날개 형상의 표면을 타고 나가면서 낮은 압력을 형성하여 주변공기를 빨아들여 강한 전진 기류를 만들어 내는 것으로 레이저 시술부위에 찬 공기를 빠른 속도로 불어주어 시술시 환자의 피부에 발생 할 수 있는 부작용 및 화상의 우려를 없애도록 한 것이다.4, the portions 411 and 412 where the inner circumferential surface 402 of the outer case and the outer circumferential surface 403 of the inner case are overlapped with each other are arranged in the order of the opening 440, And the flow is directed above the nose surface 420. The air sucked by the fan (Fan) 303 escapes to the narrow outlet 410 of about 0.3 mm to 3 mm through which the air of the skin contactor 301 escapes via the air blowing passage 302, As the faster air rides on the surface of the airplane wing shape, it forms a low pressure and sucks the surrounding air to produce a strong forward air flow. It blows cold air to the laser treatment area rapidly, Thereby eliminating possible side effects and burns.

도 4 의 (b)는 솔레노이드 밸브(304)를 이용하여 간헐적/주기적으로 필요시 냉각용 가스를 분사하면 전술한 전진기류아 함께 시술부위에 분사하도록 한 실시예이며, 또 다른 실시예로 도 3(c) 에서와 같이 팬(Fan:303)에 의해 흡입된 공기가 통과하는 송풍통로(302)에 열전소자(펠티어:307)를 구비하여 송품통오 자체를 Cooling하여 찬 공기가 분출되게 하여 시술시 환자의 피부에 발생 할 수 있는 부작용 및 화상의 우려를 없애도록 한 것이다. 시술시 피부 접촉자가 피부에 접촉되어야 할 필요는 없다 오히려 일정한 간격을 유지 할 필요가 있으며 이 경우 시술 속도도 빨라지며 편리한 시술이 가능하다.4 (b) is an embodiment in which the cooling gas is injected intermittently / periodically, if necessary, using the solenoid valve 304, and is sprayed to the treatment site together with the above- (Peltier) 307 is provided in the ventilation passage 302 through which the air sucked by the fan 303 flows as shown in FIG. 3C, so that the cold air is cooled by blowing the cold air itself, Thereby eliminating the side effects and burns that may occur in the patient's skin. It is not necessary for the skin contactor to be in contact with the skin during the procedure. Instead, it is necessary to maintain a constant interval. In this case, the speed of the procedure is increased and convenient treatment is possible.

상기의 본 발명은 바람직한 실시예를 중심으로 살펴보았으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적 기술 범위 내에서 상기 본 발명의 상세한 설명과 다른 형태의 실시예들을 구현할 수 있을 것이다. 여기서 본 발명의 본질적 기술범위는 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention as defined by the appended claims. It will be possible. The scope of the present invention is defined by the appended claims, and all differences within the scope of the claims are to be construed as being included in the present invention.

100 : 레이저 조사 유닛 101 : 광섬유
102 : 레이저광 면적 제어 장치 103 : 레이저광 면적 조절 장치
104 : 냉각수 온도 제어부 105 : 피부 접촉자
201 : 피부 접촉 윈도우 202 : 피부접촉 윈도우 지지대
203 : 열전소자(펠티어) 204 : 워터자켓 (Water Jacket)
205 : 냉각수 라인 301 : 본 발명에 의한 피부접촉자
302 : 팬으로 흡입된 공기의 송풍 통로
303 : 팬 (Fan) 304 : 솔레노이드 밸브
305 : 냉각 가스의 통로 306 : 냉각 가스의 분사 방향
307 : 열전소자(펠티어) 308 : 워터자켓
401 : 피부접촉자의 외측 케이스
402 : 피부접촉자의 내주면 403 : 피부접촉자의 외주면
404 : 환형의 내측 케이스부 410 : 공기의 출구
411 : 내측 케이스의 끝단부 412 : 내측 케이스의 끝단부
420 : 코안다면 430 : 피부 접촉자 내부 통로
440 : 피부접촉자의 개구부 450 : 공기의 흐름 방향100: laser irradiation unit 101: optical fiber
102: laser light area controller 103: laser light area controller
104: cooling water temperature control unit 105: skin contactor
201: Skin contact window 202: Skin contact window support
203: thermoelectric element (Peltier) 204: water jacket
205: Cooling water line 301: Skin contact according to the present invention
302: a blowing passage of the air sucked into the fan
303: Fan 304: Solenoid valve
305: passage of cooling gas 306: direction of injection of cooling gas
307: thermoelectric element (Peltier) 308: water jacket
401: outer case of skin contactor
402: inner peripheral surface of the skin contactor 403: outer peripheral surface of the skin contactor
404: annular inner case part 410: air outlet
411: end portion of the inner case 412: end portion of the inner case
420: inside the nose 430: internal passage of the skin contact
440: opening of skin contactor 450: direction of air flow

Claims (3)

의료용 레이저 장치의 본체에서 발생된 고출력 레이저를,
핸드피스에서 수술에 적합한 레이저광으로 사이즈를 조정하는 제어 장치:
외부의 공기를 팬으로 흡입하여 피부 접촉자 측으로 보내는 송풍통로: 및
송풍통로와 연결되어 빠른 속도를 공기를 분사할 수 있는 공기출구를 구비한 피부접촉자:
를 구비한 레이저 조사 유닛에 있어서 환자의 환부에 접촉/이격 시켜 피부를 냉각시키는 피부 접촉자를 구비한 레이저 조사 유닛.
A high power laser generated in a main body of a medical laser device,
A control device that adjusts the size of a handpiece with laser light suitable for surgery:
A ventilation passage for sucking outside air into the fan and sending it to the skin contact side; and
A skin contact having an air outlet connected to the ventilation passage and capable of jetting air at a high velocity;
And a skin contactor for contacting and separating the affected part of the patient to cool the skin.
제 1항에 있어서,
피부접촉자 윈도우 지지대의 일측면에 냉각가스를 간헐적/주기적으로 분사할 수 있는 구조를 구비한 것을 특징으로 하는 레이저 조사 유닛.
The method according to claim 1,
A laser irradiation unit comprising a structure capable of intermittently / periodically jetting cooling gas to one side of a skin contact window support.
제 1항에 있어서,
송풍통로에 설치된 냉각장치에 의해 팬으로 흡입된 공기가 송풍통로를 통과시 쿨링되고 쿨링된 차거워진 공기가 피부접촉자의 공기출구로 분사되는 구조를 구비한 것을 특징으로 하는 레이저 조사 유닛.
The method according to claim 1,
And a structure in which air sucked into the fan by the cooling device installed in the air passage is cooled when the air passes through the air passage, and cooled air is jetted to the air outlet of the skin contactor.
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